本发明专利技术涉及变压器。一种变压器，其被设置于电源和具有电阻值R的负载之间，并且包括由n个相互连接的电抗元件构成的二端子对电路，其中，n是等于或大于4的自然数。相对于负载的电阻值R的任何值，二端子对电路的输入阻抗Zin具有：实部k·R，其中，k是常数；以及，虚部0。这样的变压器具有小尺寸和轻重量，并且不需要在传统变压器中使用的线圈和铁芯等。
【技术实现步骤摘要】
变压器
本专利技术涉及变压器。
技术介绍
在商用AC输电和配电系统中，使用变压器。就在消费者的房子附近，使用柱式变 压器，其将例如6600V(50Hz或60Hz)变换为200V(参见非专利文献1)。这样的柱式变压器 具有围绕铁芯缠绕的作为导线的厚线圈，并且因此具有相当大的重量。例如，具有直径40cm 和高度80cm的柱式变压器具有大约200kg的重量，包括绝缘油和外壳。 另一方面，为了实现作为下一代电力系统的智能电网，正在进行SST(固态变压 器）的研究。对于SST，使用高频变压器（例如，参见非专利文献2)。 引用列表 [非专利文献] 非专利文献I:ChubuElectricPowerCo.，Inc.的主页，[PoleTransformer(柱 式变压器）]，[在线]，[2013年7月19日搜索]，因特网 <URL:http://www.chuden.co.jp/e-museum/guide/3floor/exhibit_c23.html> 非专利文献 2 :Falcones,S.:等人·，PowerandEnergySocietyGeneralMeeti ng，2010IEEE,pp. 1-8,Minneapolis, 2010 年 7 月
技术实现思路
[技术问题] 传统的柱式变压器沉重，并且因此不容易处理。另外，在柱上需要大得足以包含变 压器的外部尺寸的附加空间。 另一方面，高频变压器不能避免寄生电容的影响，并且在设计上具有困难。 考虑到这样的传统问题，本专利技术的目的是提供一种具有小尺寸和轻重量的创新的 下一代变压器，其不需要在传统变压器中使用的、用于磁耦合、电磁感应或互感的线圈和铁 芯等。 [对于问题的解决方案] 本专利技术是在电源和具有电阻值R的负载之间设置的变压器，该变压器包括由η个 相互连接的电抗元件构成的二端子对电路，其中，η是等于或大于4的自然数，其中，相对于 该负载的电阻值R的任何值，该二端子对电路的输入阻抗Zin具有：实部k·R，其中，k是常 数；以及，虚部0。 注意，电抗元件是具有电感电抗的电感器或具有电容电抗的电容器。 [本专利技术的有益效果] 使用本专利技术的变压器作为电力变压器使得不必使用包括线圈和铁芯等的传统变 压器。因此，变得有可能实现变压器的显著的尺寸减小和重量减小，并且由此实现成本减 小。 【附图说明】 图1是示出使用二端子对电路（四端子电路）的变压器的概念的图。 图2是示出构成电路的元件的元件数量的概念的图。 图3是示出可以通过使用最小元件数量4而建立的电路配置的四种模式的图。 图4是示出4A型的电路配置的图。 图5是示出作为4A型的电路配置的实际示例的6种模式的图。 图6是示出4B型的电路配置的图。 图7是示出作为4B型的电路配置的实际示例的6种模式的图。 图8是示出4C型的电路配置的图。 图9是示出作为4C型的电路配置的实际示例的6种模式的图。 图10是示出4D型的电路配置的图。 图11是示出作为4D型的电路配置的实际示例的两种模式的图。 图12是电路图，其中，（a)示出η= 5的电路配置的第一示例，并且（b)示出T形 电路。 图13是电路图，其中，（a)示出n = 5的电路配置的第二示例，并且（b)示出π形 电路。 图14是电路图,其中，（a)示出η= 6的电路配置的第一示例，并且（b)示出η= 6的电路配置的第二示例。 图15是示出具有另一种配置的变压器的电路图。 图16是电路图，其中，（a)示出当在图15中的四个开关中的、在上侧上的两个开关 接通并且在下侧上的两个开关断开时的大体连接状态，以及，（b)以阶梯状形状示出与（a) 中相同的电路图。 图17是电路图，其中，（a)示出当在图15中的四个开关中的、在下侧上的两个开关 接通并且在上侧上的两个开关断开时的大体连接状态，以及，（b)以阶梯状形状示出与（a) 中相同的电路图。 图18是分别示出向图15中的变压器的输入电压和输入电流的波形图。 图19是分别示出图15中的变压器中的变换的中间级处的电压和电流的波形图。 图20是分别示出来自在图15中的变压器的输出电压和输出电流的波形图。 图21是示出在图15中所示的变压器和具有4A型的电路配置的变压器的组合的 电路图。 图22是示出在图15中所示的变压器和具有4B型的电路配置的变压器的组合的 电路图。 图23是示出在图15中所示的变压器和具有4C型的电路配置的变压器的组合的 电路图。 图24是示出在图15中所示的变压器和具有4D型的电路配置的变压器的组合的 电路图。 【具体实施方式】 [实施例的总结] 本专利技术的实施例的总结至少包括下面的部分。 (1)变压器被设置在电源和具有电阻值R的负载之间，并且包括由η个相互连接的 电抗元件构成的二端子对电路，其中，η是等于或大于4的自然数。相对于负载的电阻值R 的任何值，二端子对电路的输入阻抗Zin具有：实部k · R，其中，k是常数；以及，虚部0。 如上所述的变压器可以获得与输入电压成比例的输出电压，与负载的电阻值R无 关。即，可以获得使用恒定的电压变换比率（l/k)1/2将输入电压变换为输出电压的变压器。 使用上面的变压器作为变压器使得不必使用传统的商用频率变压器或高频变压器。因此， 可以实现变压器的显著的尺寸减小和重量减小，并且结果，可以实现成本减小。而且，也解 决了在高频变压器中产生的寄生电容和出现磁场泄漏的问题，并且因此，可以实现具有低 损耗的变压器。 (2)在⑴的变压器中，优选的是，在其中四个电抗元件的电抗是X1J2JjP X4的 情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的一条线上存在的X1、在其两条线 之间存在的X2、在该一条线上存在的X3和在该两条线之间存在的X4构成，并且满足下面的 条件。 (1/%) + (1/%) + (1/%) = ο Λ x2+x3+x4 =〇 在该情况下，输入阻抗Zin被表示为Zin= (X2Vx42) *R，并且与负载的电阻值R成 比例，并且因此获得与输入电压成比例的输出电压。 注意，符号Λ表示逻辑与或与（以下，这也适用）。 (3)在（1)的变压器中，优选的是，在其中四个电抗元件的电抗是XpXyXjP X4的 情况下，二端子对电路从输入侧开始由在二端子对电路的两条线之间存在的X1、在其一条 线上存在的X2、在该两条线之间存在的X3和在存在的X4构成，并且满足下面的条件。 XfXdX3 =0Λ (l/x2) + (l/x3) + (l/x4) =0 在该情况下，输入阻抗Zin被表示为Zin= (X1VX32) *R，并且与负载的电阻值R成 比例，并且因此获得与输入电压成比例的输出电压。 (4)在（1)的变压器中，优选的是，在其中四个电抗元件的电抗是XpXyXjP X4的 情况下，二端子对电路从输入侧开始由下述部分构成：由在二端子对电路的一条线上存在 的X1、在其两条线之间存在的X2和在该一条线上存在的X3形成的T形电路；以及，与X1和 X本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种变压器，所述变压器设置于电源与电阻值R的负载之间，并且具备二端子对电路，所述二端子对电路由相互连接的n个电抗元件构成，n为4以上的自然数，其中，对于所述负载的任意的电阻值R，所述二端子对电路的输入阻抗Zin的实部通过k·R来表示，并且所述输入阻抗Zin的虚部为0，k为常数。
【技术特征摘要】
2013.08.29 JP 2013-1784941. 一种变压器，所述变压器设置于电源与电阻值R的负载之间，并且具备二端子对电 路，所述二端子对电路由相互连接的n个电抗元件构成，n为4以上的自然数，其中， 对于所述负载的任意的电阻值R，所述二端子对电路的输入阻抗Zin的实部通过k *R来 表示，并且所述输入阻抗Zin的虚部为0, k为常数。2. 根据权利要求1所述的变压器，其中， 当4个电抗元件的电抗分别为X2、X3、X4时，按照从输入侧观察的顺序，所述二端子 对电路由处于所述二端子对电路的1线上的&、处于2线间的X2、处于所述1线上的X3、处 于2线间的X4构成，并且满足以下条件： (1/%) + (1/%) + (1/%) = 0 八 X2+X3+X4 = 0。3. 根据权利要求1所述的变压器，其中， 当4个电抗元件的电抗分别为X2、X3、X4时，按照从输入侧观察的顺序，所述二端子 对电路由处于所述二端子对电路的2线间的\、处于1线上的X2、处于2线间的X3、处于所 述1线上的X4构成，并且满足以下条件： Xi+A+i = 〇 八（i/x2) + (i/x3) + (i/x4) = 〇。4. 根据权利要求1所述的变压器，其中， 当4个电抗元件的电抗分别为X2、X3、X4时，按照从输入侧观察的顺序，所述二端子 对电路由T型电路与相对于&及X3的串联体并联的X4构成，所述T型电路由处于所述二端 子对电路的1线上的&、处于2线间的X2、处于所述1线上的X3构成，并且满足以下条件： Xi+A+x* = 〇 八（1/%) + (1/%) + (1/%) = 〇。5. 根据权利要求1所述的变压器，其中， 当4个电抗元件的电抗分别为X2、X3、X4时，按照输入侧观察的顺序，所述二端子对 电路被构成为包含处于所述二端子对电路的2线间的X2的第1串联体以及处于2线间 的X3、X4的第2串联体，所述第1串联体的相互连接点以及所述第2串联体的相互连接点作 为输出端子，并且满足以下条件： Xi+A+x^x* = 〇 八（1/%) + ...
【专利技术属性】
技术研发人员：弘津研一，志贺信夫，中幡英章，大平孝，山田恭平，
申请(专利权)人：住友电气工业株式会社，国立大学法人丰桥技术科学大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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